I緒論課題的研究背景及意義電力電纜是國家電力系統(tǒng)的重要組成部分，目前大部分城市電網(wǎng)的主要構(gòu)成都是高壓電纜，即將完全取代以往經(jīng)常使用的架空電線，架空電網(wǎng)的電線一般位于地面上方十米以上，是利用絕緣子將電纜導線固定在地面筆直的桿塔上以輸送電能的電纜線路，架空電線就好比一把雙刃劍優(yōu)缺點都十分突出，優(yōu)點是維修方便，成本較低,而由于架空電線與外界環(huán)境的密切接觸，導致其受外界環(huán)境的影響很大，最關鍵是架空電流的布置面積大，會因為電磁效應產(chǎn)生電磁對附近電力設備進行干擾，對電力的穩(wěn)定性和安全性要求越來越高，全社會對電力需求的激增，直接拉動了我國對于電力系統(tǒng)的資源傾斜，架空電線的許多缺點使得其不適合于大面積的電網(wǎng)系統(tǒng)的布設，電力電纜特別是高壓電纜成為了絕大多數(shù)城市的選擇，電纜入地是城市現(xiàn)代化邁出的重要一步目前應用較廣的高壓電纜為交聯(lián)聚乙烯（XLPE）高壓電纜，因為高壓電纜的絕緣性能，高壓電纜的可靠性遠比架空電線高，而絕緣性的弊端就是容易發(fā)生絕緣老化，一旦發(fā)生絕緣老化，高壓電纜的性能和可靠性都會極大下降，電纜周圍的環(huán)境是造成電纜老化的主因，與電纜自身的熱老化和局部放電，當電纜敷設入地之后，土地中的酸堿與油性物質(zhì)容易引起電纜的化學式老化；外力的沖擊，擠壓，外傷，引起電纜的機械式老化，地底的一些小動物的啃咬與微生物的腐蝕，會引起電纜的生物式老化；電纜自身的運行電壓、過負荷、過電壓、直流分量，引起電纜的自身電效應老化。一旦這些故障發(fā)生后，由于電纜入地的原因，檢修較為困難，進行維修需要對電纜進行斷電，一旦斷電會造成局部地區(qū)的生產(chǎn)生活的中斷，造成資源損失。長期以來結(jié)束高壓電纜絕緣問題的方法就是依靠人力進行定期預防性檢修，這種方法周期長，對人力物力的損耗大，檢修的同時也會影響正常的電力傳輸，已經(jīng)不能適應當今社會居民和企業(yè)對于長期安全穩(wěn)定的電力的要求，所以本文使用的高壓電纜上位機監(jiān)測軟件就是為了解決電纜入地之后檢修困難的問題，通過采集設備對電纜實時的信息采集，上位機通過數(shù)據(jù)庫對歷史數(shù)據(jù)進行比對，檢測出電纜是否老化或是否即將老化，根據(jù)采集設備中內(nèi)置的GPRS定位系統(tǒng)，對電纜的問題部位進行定位，使得檢修難度大大下降。該系統(tǒng)與致力于構(gòu)建一個長期安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，加快電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)與城市現(xiàn)代化進程。高壓電纜上位機監(jiān)測系統(tǒng)當前發(fā)展現(xiàn)狀電力電纜發(fā)展與使用至今，已經(jīng)是一個非常完善的設備，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的高壓電纜技術(shù)已經(jīng)越來越不符合如今的生產(chǎn)生活的需求，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的急速更新?lián)Q代，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應用，高壓電纜和互聯(lián)網(wǎng)的互相連接使用是一個大趨勢。我國對于電力電纜這方面的重視，主要始于九十年代，越來越多的企業(yè)對于安全有效的電力的需求不斷增加，高壓電纜的需求不斷增加，電纜絕緣老化的問題主要依靠人員的定期檢修進行解決，由于計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，依靠人力的方法的誤差率較高，電纜的檢修效率低下，各地電力局逐漸開始研究并采用在線監(jiān)測系統(tǒng)來對電纜的問題進行監(jiān)測，采集設備主要采集電纜溫度，電纜電壓等參數(shù)來對電纜問題進行判斷。而目前世面上的大部分上位機軟件都是使用LabVIEW或LavWindows/CVI開發(fā)工具開發(fā)的，這些工具開發(fā)的上位機軟件的數(shù)據(jù)可視化能力不足，較為適合實驗室環(huán)境下的數(shù)據(jù)監(jiān)測，labVIEW是一種面向最終用戶的工具，因為它是面向最終用戶的，伴隨著效率的提升也會產(chǎn)生一些不足之處，它在構(gòu)造軟件時的圖形豐富度較低，當高壓電纜上位機軟件的界面需要多個監(jiān)測點與多重界面時，它的實現(xiàn)難度較大，不利于開發(fā)者的使用。經(jīng)過多方軟件對比調(diào)整，確定上位機軟件最終的開發(fā)環(huán)境為Qt4.8.6，Qt是一款優(yōu)秀的跨平臺軟件，支持windows，Linux等操作平臺，十分方便與用戶的信息相連，Qt的各種模塊的模塊化操作十分成熟，與LabVIEW或LavWindows/CVI進行對比，更適用于開發(fā)本文這類界面功能豐富，槽跳轉(zhuǎn)需要多的，大大提升數(shù)據(jù)的可視化程度，而且Qt作為一款開源的C++圖形用戶界面庫，更容易擴展，可操作性強大。本設計完成的主要工作本文的主要研究對象是高壓電纜接地環(huán)流上位機監(jiān)測軟件的設計與實現(xiàn)，目前高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的采集設備部分的研究較為成熟，而與之配合的上位機監(jiān)測軟件則需要投入更多的研究資源。本文首先淺析了當今社會的高壓電纜發(fā)展概況，研究了目前的新技術(shù)背景和對構(gòu)建現(xiàn)代化社會的意義。對比了國內(nèi)常用的電纜絕緣在線監(jiān)測方法，并根據(jù)國情與方法自身的優(yōu)缺點，選擇了金屬護層接地環(huán)流與溫度為主要測量值。在采集設備與上位機通信的方式選擇中，經(jīng)過多次穩(wěn)定性測試，將通信方法確定為485串口通信和TCP網(wǎng)絡通信雙口通信。確定軟件設計的方案，并使用QT4框架作為軟件的開發(fā)環(huán)境。高壓電纜絕緣在線監(jiān)測相關技術(shù)介紹高壓電纜概述電力電纜是首次出現(xiàn)是在距今一百對年前的1879年愛迪生在實驗室成功研制出了第一代的電力電纜，愛迪生的初代電纜的首次應用是在紐約，并成功實現(xiàn)了電力傳輸。而高壓電纜的真正進入人們視野則是在1911年60千伏的電纜的正式使用，目前電纜可支持1000KV以上的特高壓傳輸，并且根據(jù)傳輸電壓的大小，可分為：低壓電纜：低壓電纜的限制的赫茲為50赫茲，低壓故名思義額定電壓為3千伏以下傳輸。中低壓電纜：35千伏以下高壓電纜：110千伏及以上超高壓電纜：275~800千伏特高壓電纜：1000千伏及以上高壓電纜結(jié)構(gòu):如圖2-1所示，我們可以看到高壓電纜的結(jié)構(gòu)，線芯導體的外部包裹著三層功能性與保護性并存的結(jié)構(gòu)，其中絕緣層的功能是保證電能輸出，是高壓電纜必不可少的重要部分；金屬護層能保護內(nèi)芯不受外力破壞，可以吸收電纜傳輸時產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象，是高壓電纜重要的防護部分；外護層一般由聚氯乙烯材料構(gòu)成，可以保護高壓電纜不受外界環(huán)境的影響，防止外界雜質(zhì)和水分的進入。圖2-1電纜結(jié)構(gòu)圖高壓電纜在線監(jiān)測技術(shù)綜述伴隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，電纜絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的種類也在源源不斷的增加，我們將對比下列監(jiān)測方式的優(yōu)缺點，選擇出一種適合本文方案的上位機監(jiān)測軟件的監(jiān)測技術(shù)，目前市面上的主要監(jiān)測技術(shù)方法有直流分量法、局部放電法、tanδ監(jiān)測法、溫度監(jiān)測法、金屬護層接地電流監(jiān)測法，本文會逐個的講解各個方法的利弊。直流分量法概述談到直流分量法，就不得不提及水樹枝這個概念，水樹枝的形成在目前還沒有得出統(tǒng)一的理論，目前比較有說服力的說法就是在電纜敷設的過程中，或是電纜的外護層受到機械損傷導致水分進入，由介電電泳效應原理分析可得，由高壓電纜損壞部位進入的水分中含有電泳效應產(chǎn)生的大量導電離子，因為導電離子的存在，不可避免的會產(chǎn)生電場力，電場力會推著不同系數(shù)的離子移動，慢慢的聚集在電場力較強的地方，導電離子的集合之地也就生成了水樹枝，而根據(jù)水樹枝的起始生長情況和產(chǎn)生的條件來看，可將其區(qū)分為下述三種類 ：內(nèi)導式水樹：我們能夠在內(nèi)半導電層和絕緣層的界面上發(fā)現(xiàn)電場的集中，水樹會從絕緣內(nèi)部向外半導電層移動延伸。外導式水樹：我們能夠在外半導電層和絕緣層的界面上發(fā)現(xiàn)電場的集中，水樹會從絕緣內(nèi)部向內(nèi)半導電層移動延伸。蝶狀式水樹：絕緣層不是完美的，存在一些小孔或是間隙，之中產(chǎn)生了許多的雜質(zhì)，一旦有導電離子進入，就會向內(nèi)半導電層和外半導電層同時延伸。我們使用的直流分量法監(jiān)測電纜老化的關鍵信息就是電纜中因為水樹枝而產(chǎn)生的直流電流，一旦運行中的電纜發(fā)生劣化，能夠及時發(fā)現(xiàn)，還可以監(jiān)測出劣化的絕對量值，通過在實驗室中和戶外的雙重實驗，并輔以大量實驗數(shù)據(jù)，表明此方法比較適合與測量與電纜絕緣特性相關的數(shù)據(jù)例如電纜水樹枝長度、直流泄漏分量、交流擊穿電壓，特殊是對某些電纜的集中缺陷的監(jiān)控。直流分量法在在線檢測中的使用已經(jīng)占據(jù)了一席之地，但是由于其檢測方法易受電纜中產(chǎn)生的電勢和電流的影響，并且測量的電流數(shù)值較大，需要強大的抗干擾設備。通過測試直流電流從而判斷電纜老化情況，目前日本的一些的公司已經(jīng)成功的研制出了相關的設備，并已經(jīng)通過了實際檢驗，投入使用。直流分量法能夠起作用的根據(jù)是在高壓電纜中有水樹的存在，又因為絕緣層中水樹的存在會產(chǎn)生一種叫整流效應的電流紊亂，繼而又因為整流效應的作用，單向?qū)щ娦詫l(fā)生正負轉(zhuǎn)變，正負周期的轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生正負離子中和紊亂的情況，而且水樹在負半周期時負電荷的注入要大于正半周期時正電荷的注入，造成負電荷的結(jié)余，導致電流的產(chǎn)生，而直流分量法，就是利用這部分電流對電纜是否老化進行判斷。原理圖如圖2-2所示，但是直流分量法的缺點就是容易受到電纜中其他電流的干擾，如電纜中的靜電干擾，導致監(jiān)測的數(shù)據(jù)失真。圖2-2直流分量法簡易原理圖局部放電法概述局部放電現(xiàn)象顧名思義就是在設備的某些部位產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在電力設備絕緣體之中，而這種發(fā)生在電力設備中的局部范圍放電現(xiàn)象的每一次產(chǎn)生都是對電力設備的一種損害，而并沒有將加以電壓的導體擊穿，這是影響或損壞高壓電器設備的一個重要因素，所以在長期的高壓狀態(tài)下要避免出現(xiàn)強局部放電現(xiàn)象，所以在高壓電纜這種高壓環(huán)境下，我們需要對運行中的高壓電纜加強對局部放電現(xiàn)象的監(jiān)測。所以我們可以根據(jù)局部放電量的大小來判斷高壓電纜絕緣狀態(tài)，若放電量增加則說明電纜會出現(xiàn)問題，需要檢修，但是局部放電法與上述的直流分量法類似，對于外界環(huán)境、抗干擾和自身的硬件條件要求都比較高，雖然國外有許多的電力公司都采用局部放電法對高壓電纜進行在線監(jiān)測，但是考慮到我國高壓電纜敷設的數(shù)量級，局部放電法并不適用。tanδ監(jiān)測法概述tanδ是指的是介質(zhì)損耗角正切，是反應電介質(zhì)材料的電特性的基本參數(shù)，所以tanδ監(jiān)測法又叫介質(zhì)檢測法，通過測量電纜中的線路電壓信號與流經(jīng)絕緣體中的電流信號的相位差，從而得到tanδ，計算出tanδ的大小，并根據(jù)tanδ的大小判斷電纜情況。該監(jiān)測方法的基本理論就是依靠電流與電壓的過零點的時間差，從而計算得出相位差值，當相位差值小于等于百分之零點二時高壓電纜的絕緣狀態(tài)良好，當相位差值處于百分之零點二與百分之五之間時高壓電纜的絕緣狀態(tài)開始有水樹枝生成，而當相位差值大于等于百分之五時，水樹枝現(xiàn)象明顯增多，從而導致電纜絕緣出現(xiàn)問題，發(fā)生老化。tanδ相位差值的不足之處在于其反應的是廣泛性的不足，而當電纜的部分位置發(fā)生老化時無法準確的判斷，所以tanδ監(jiān)測法一般用監(jiān)測整條電纜的老化情況，對于本文設計的系統(tǒng)的要求不符合，但是tanδ監(jiān)測法的確是一種高精度的電纜絕緣在線監(jiān)測技術(shù)方式。溫度監(jiān)測法概述溫度監(jiān)測法，顧名思義，是以監(jiān)測高壓電纜的溫度變化情況來對電纜是否正常運行進行判斷，當電纜中突然通過大電流，會導致電纜的溫度急劇上升，當溫度上升到大于正常的百分之8時，會導致電纜的使用壽命下降一半，而當超越正常溫度值的15%時，XPLE電纜的使用年限會急劇下降為原來的四分之一。當前市面上的溫度監(jiān)測法通過測量溫度的方式使用可以分為接觸式測溫法與非接觸式測溫法，而本設計使用的接觸式測溫法按照對電纜的溫度監(jiān)控可以分成分點模式和散點模式，而非接觸式的使用較少，分布式使用的是全部電纜的線性布置，對全線電纜進行全局的監(jiān)控，而散點式是對電纜的各個故障點布置監(jiān)控。因為溫度監(jiān)測法只能判斷電纜是否發(fā)生故障，而無法判斷電纜的老化情況，會導致維修人員對電纜的狀態(tài)判斷不明，所以溫度監(jiān)測法一般作為其他方法的輔助，相當于雙重保障對電纜的監(jiān)測，所以一般的監(jiān)測方法都會增加一個溫度監(jiān)測的功能作為主監(jiān)測方法的輔助與補充。金屬護層接地環(huán)流監(jiān)測法概述金屬護層正好位于絕緣層之外，外護層之內(nèi)，高壓電纜傳輸電流為交流電，在金屬護層會產(chǎn)生感應電流，而感應電流的產(chǎn)生給本文使用的金屬護層接地電流法監(jiān)測法提供了足夠斷定電纜情況的信息。但我們?yōu)榱舜_保電纜的長期可靠的運行特別是在事故以及系統(tǒng)內(nèi)部電壓過大或雷擊電壓過大情況下，感應電勢尤為嚴重。因此，電纜金屬護層必須正確接地，利用大地將電纜的金屬護層限制在允許接地位上，其中選擇交叉互聯(lián)的方法把金屬護層接地可以有效的降低感應電流，因為正三角形的交叉互聯(lián)可以近似保證三相對稱，對于減小金屬護層上產(chǎn)生的感應電流有這十分明顯的效果。圖2-3金屬護層簡化電路圖如上圖2-3所示，上圖為金屬護層檢測法的簡化等效電路圖，首先我們將三條支路命名為a、b、c三相電纜電路，其中E1，E2，E3代表的是線芯電流在通過上述所說的a、b、c三相電纜電路上與電流和金屬護層作用產(chǎn)生的感應電勢，R為護層電阻，X是護層自感抗，R0和R2外絕緣層接地電阻，R1是大地漏電阻；I1，I2，I3為a、b、c三路各自對于的支路電流。當電纜中出現(xiàn)水樹枝并開始向外眼神時，我們可以檢測到介質(zhì)損耗角正切值增大，雖然此時的擊穿電壓和電阻值都在減小，但是因為電阻值的減少程度遠大于電壓減少值從而導致金屬護層中的接地電流隨即增加，所以我們可以根據(jù)監(jiān)測接地電流情況對電纜老化情況進行判定。金屬護層接地電流監(jiān)測法相對與其他方式的優(yōu)勢就是，依靠監(jiān)測接地電流大小，我們可以監(jiān)測大部分造成電纜老化因素的故障，因為只要電纜發(fā)生老化或是劣化，我們都可以檢測到接地環(huán)流的改變，由于我們監(jiān)測的是內(nèi)部環(huán)流變化，而變化值容易受到監(jiān)控，特別是不易被外界影響，并且輔助以溫度監(jiān)測方法的情況下，可靠度能夠得到進一步提升，本文設計便是采用這個監(jiān)測方法來對電纜進行監(jiān)測，同時經(jīng)由串口通信或是網(wǎng)絡通信將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測軟件進行分析處理和存儲。上位機監(jiān)測軟件開發(fā)環(huán)境介紹本文使用的開發(fā)軟件為Qt4，當我們需要一款可以兼容多種平臺用戶和對接多種平臺數(shù)據(jù)流之時，Qt是一個非常合適的開發(fā)環(huán)境，數(shù)據(jù)庫方面我們提供了兩種類型的數(shù)據(jù)庫，分別是sqlite和mysql，sqlite的優(yōu)點是無需配置，使用方便，可以直接將其與Qt的程序相對接，不需要進行復雜的，而對于mysql來說，它的開源性為開發(fā)者自主設計數(shù)據(jù)庫提供了更高的自由度Qt4開發(fā)環(huán)境Qt為市面上的許多系統(tǒng)應用和APP提供了開發(fā)框架，并為軟件的UI設計提供了專業(yè)的設計框架，Qt基于C++語言開發(fā)，擁有著十分完善的模塊標準庫，和獨特的設計者模式，且使用Qt可以一勞永逸，無需重復編程，十分兼容不同的嵌入式系統(tǒng)與桌面操作系統(tǒng)，QtCreator是Digia最新推出的跨平臺IDE，也是設計上位機監(jiān)測軟件的最佳選擇，可以單獨使用，也可以與一些開發(fā)工具同時使用。Qt的特點1、C++面向?qū)ο蟮呢S富類庫在Qt中都可以隨意調(diào)用，Qt中的標準庫為各個控件對界面的生成提供了大量的支持，而且控件編程的優(yōu)勢巨大，可以隨時的修改，利于維護2、開發(fā)過程中我們不需要擔心平臺的兼容問題，二次開發(fā)代碼時的可操作性更強3、代碼的二次利用率非常高，二次編程利用的代碼的部署同樣可以跨平臺跨設備進行4、QtCreator是Digia最新推出的跨平臺IDE，這類集成開發(fā)工具，為Qt在市面上的市場份額的占有提供了強有力的“武器”，這款IDE強調(diào)的需求就是量身定做，開發(fā)人員的使用過程中對使用環(huán)境的轉(zhuǎn)換移植性強，開發(fā)的軟件在市面上的大部分嵌入式系統(tǒng)和桌面操作系統(tǒng)都能夠完美運行3.1.2QtCreator的特點1、QtCreator對于C++和js這兩款主流編程語言的支持度非常高2、對項目文件的導入或者是二次開發(fā)，在QtCreator都能夠得到完美的適配與生成所有所需文件的支持API的介紹Qt中含有非常多的應用程序編程接口，也就是API，這Qt的一個非常重要的優(yōu)點，下面本文將通俗的介紹一下應用程序編程接口這一概念。首先我們把互聯(lián)網(wǎng)視作一個由大量服務器組成的巨型網(wǎng)絡，它擁有異常多的界面，并且每一個界面都存儲在一個遠程服務器中，當你使用你pc啟動一個面向網(wǎng)絡的提供整個網(wǎng)絡服務的服務器時，在你的瀏覽器上輸入，一旦你瀏覽器收到了指示，它就會對其進行分析解包代碼等處理，將網(wǎng)頁呈現(xiàn)在你的面前，對于瀏覽器來說，百度的服務器就是一API，所以這說明當你在瀏覽器上瀏覽網(wǎng)頁的時候，你每訪問一個頁面就是在與某個遠程的API進行交互，但是API并不能等同與網(wǎng)絡遠程服務器我們可以把API視為一種為用戶提供服務的方式。就用windows來舉例，我們知道windows操作系統(tǒng)是一款成熟且占據(jù)市面上超過的百分之九十份額的產(chǎn)品，系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)各種資源的分配與管理，也可以將其稱為一個服務中心，可以利用函數(shù)服務各種設備與操作應用程序，API中的A是Application即是應用程序的概念，API主要的應用服務對象也是應用程序，我們在windows系統(tǒng)下操作應用程序都繞不開API，而Qt中豐富的API可以為Qt使用者與開發(fā)者省下許多維護API的時間，高效開發(fā)程序的核心內(nèi)容。QtDesigner設計者模式介紹隨著圖形和軟件應用界面技術(shù)，也就是UI設計的技術(shù)的進一步發(fā)展，許多原有的界面設計軟件已經(jīng)越來越不符合當前的軟件設計的界面要求，而QtDesigner作為Qt中最為重要的開發(fā)工具之一可以用來設計更加專業(yè)更加美觀的UI界面，特別是Qt擁有的窗口控件、屬性編輯器、布局管理器，可以減少使用者的代碼量，使UI界面設計的更加簡潔明了。上位機監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)存儲設計數(shù)據(jù)通信設計485通信與TCP網(wǎng)絡通信概述485通信：RS-485是串口通信接口方式的一種，串口通信接口方式還包括RS-232，RS-422，與這兩種通信接口方式相比較，485通信接口對外界環(huán)境干擾的抵抗能力較強，如果我們需要從一個城市到另一個城市這種跨越距離長的應用時485通信接口非常合適，因此成為高壓電纜等需要長距離監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸場景應用的首選。TCP網(wǎng)絡通信：一般來說選擇網(wǎng)絡通訊都有兩個選擇TCP與UDP，相對于TCP（TransmissionControlProtocol）來說，UDP適合于某些短時不可靠的輕通信，因為UDP這個協(xié)議模式的本身就是針對于這些場景使用，并不適合高數(shù)據(jù)量的通信，但是我們的生活也離不開UDP，市面上許多輕社交APP，短消息發(fā)送等類型的APP，都是使用UDP協(xié)議進行信息傳輸?shù)?，本文上位機監(jiān)測軟件對數(shù)據(jù)接收的安全性，和數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量級都有一定的要求，所以UDP顯而易見的被會本系統(tǒng)舍棄，而TCP則恰恰與UDP相反，TCP協(xié)議傳輸處理大數(shù)據(jù)的能力，和對數(shù)據(jù)流信息的安全性可靠性，都非常適合本文上位機監(jiān)測軟件的需求。485通信數(shù)據(jù)接收設計485通信接口方式在本系統(tǒng)所使用開發(fā)框架Qt4.8.6中并不存在485的控制類，所以我們使用的是第三方所整理的Qextserialport類。485通信comthread類來接發(fā)數(shù)據(jù)，com的線程是將函數(shù)調(diào)用的參數(shù)從一個進程的地址空間傳到另一個進程的地址空間。Comthread.cpp也是對485通信進行設置的源碼；comthread類會查詢是否有設備上線，若有設備上線會調(diào)用receiveData方法來接收報文數(shù)據(jù)，然后依據(jù)協(xié)議使用readBufferArray來解析報文。win_Qextserialport類Qextserialport類文件是Qextserialport類庫中兩個對應與不同操作系統(tǒng)windows和linux對應操作類，應開發(fā)者的不同操作環(huán)境的需求可以選擇調(diào)用不同的類。Settings.BaudRate=BAUD115200;Settings.DataBits=DATA_8;Settings.Parity=PAR_NONE;Settings.StopBits=STOP_1;Settings.FlowControl=FLOW_HARDWARE;Settings.Timeout_Millisec=500;mutex=newQMutex(QMutex::Recursive);setOpenMode(QIODevice::NotOpen);以上代碼便是QT中對串口通信的基礎設置，在SETBURDRATE可以對串口的波特率進行設備，在SETBITS和SETPARITF可以設備數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位，同理也設備對485通信類的調(diào)用，對停止位的設備，對定時的設置，Qt中包含的485通信的類的調(diào)用，對使用485串口通信來說是非常簡便的。但是在對485通信部分的UI設計的時候要注意在UI設計時需要在mainwindows加入槽，調(diào)用這兩塊源代碼，實現(xiàn)TCP通信與485通信。具體控制流程如此圖2-4所示圖4-1Qt控制485通信流程TCP通信接收設計TCP網(wǎng)絡通信：TCP中分為不同的層級，通信時首先應用層對TCP層發(fā)送在網(wǎng)間傳輸?shù)摹⒂?位字節(jié)組成的數(shù)據(jù)流，收到數(shù)據(jù)之后，經(jīng)由TCP協(xié)議對數(shù)據(jù)進行分解為報文段。在Qt4中使用TCP通信，QT中有兩個關于TCP通信的類，QTcpSocket類與QTcpServer類。QTcpSocket類：可以為TCP提供一個套接字，TCP協(xié)議的優(yōu)勢本文已經(jīng)詳細介紹，QTcpSocket類是QAbstractSocket類中的一個簡單實用的子類，為你提供并創(chuàng)建一個與TCP相連的數(shù)據(jù)流。Q2QTcpServer類：是一個為TCP提供基礎服務的類，包含于QObject，作為TCP接收的子類，能夠隨意挑選TCP端口，對某些機器的地址或一些指定的通訊地址進行監(jiān)控。voidclose（）關閉服務，然后服務器不再監(jiān)聽任何連接。Qstringip將ip轉(zhuǎn)換字符串輸出調(diào)用listen（）來監(jiān)聽所有的連接，每當一個新的用戶連接就會發(fā)送一個信號。listen(QHostAddress::Any,8234);設置連接端口號。以上便是QT中主要對TCP通信的接口與操作的主要類對象。TCP數(shù)據(jù)傳輸流程概述數(shù)據(jù)處理的流程大部分會在通信時和數(shù)據(jù)采集時進行，數(shù)據(jù)采集時主要是將模擬的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，TCP通信中對數(shù)據(jù)的處理就是將下位機采集的數(shù)據(jù)流分解成合適的報文段，TCP通信中傳輸段的大小一般受限與計算機的網(wǎng)絡鏈路層，鏈路層中的MTU決定了報文段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的大小。隨后根據(jù)協(xié)議通信的將數(shù)據(jù)包整合給IP層，IP層相當于一個中轉(zhuǎn)站，通過IP層級的網(wǎng)絡通信傳入設備的TCP層。TCP通信的一個極大的優(yōu)點是傳輸?shù)目煽啃詮?，依靠的就是不同序號對應不同?shù)據(jù)包，這樣不僅僅提高了傳輸?shù)陌踩煽啃?，還提升了接收的有序性。每當通信成功，實體設備收到字節(jié)，都會反饋給網(wǎng)絡端，若未傳送反饋，則說明數(shù)據(jù)通信失敗，將會重新傳輸。數(shù)據(jù)庫模塊設計SQLite數(shù)據(jù)庫與Mysql數(shù)據(jù)庫概述SQlite數(shù)據(jù)庫特點說明：SQLite數(shù)據(jù)庫這款數(shù)據(jù)庫如果類比拳擊比賽可以說是一款羽量級的產(chǎn)品，它的優(yōu)點有很多，兼容性強，不吃配置，不占資源，當你對于數(shù)據(jù)庫的數(shù)量級要求較低時，它可以成為你最好的幾個選擇之一，而且它還特別適合初學的開發(fā)者使用，因為它在Qt中就可以直接使用，就算開發(fā)者需要在多平臺進行開發(fā)時，也不需要擔心，SQLite數(shù)據(jù)庫文件可以在不同架構(gòu)的機器中共同使用，不需要轉(zhuǎn)換格式，而且它的防丟失能力強，備份只需要復制數(shù)據(jù)庫文件即可，就算SQLite數(shù)據(jù)庫是一款不能夠應付大數(shù)據(jù)場面的數(shù)據(jù)庫但是它也能夠做到支持大部分的SQL語言Mysql數(shù)據(jù)庫特點說明：Mysql與一般的數(shù)據(jù)庫不同，它是一種關系數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)并不是像SQlite數(shù)據(jù)庫一樣，直接存入，而是需要建立與對應存入數(shù)據(jù)相適配的數(shù)據(jù)庫，例如本文設計就需要建立接地環(huán)流數(shù)據(jù)表，報警數(shù)據(jù)表等，每一個表共同組成一個庫，提高了使用的可操作性，mysql的源代碼使用的編程語言是C++，C++作為主流語言，可以給mysql帶來很多好處，比如mysql的對sql語言的兼容性與可移植性都十分優(yōu)秀，同時mysql處理數(shù)據(jù)的方式是多線程的，不會浪費CPU的資源進行重復操作。SQLIte與mysql都是與本系統(tǒng)設計所需求的數(shù)據(jù)庫功能相符合，并且使用難度較低，本文將提供兩種不同方案的數(shù)據(jù)庫使用，以供選擇，SQLite的優(yōu)勢在于讀取速度，移植方便，Qt4可以直接使用，mysql的優(yōu)勢在乎多用戶，與多線程，總之兩個數(shù)據(jù)庫可以提供不同需求的用于。數(shù)據(jù)存儲以sqlite數(shù)據(jù)庫為例：在源代碼中databasemanager.cpp是一個管理sqlite數(shù)據(jù)庫的源碼，在數(shù)據(jù)庫中分辨建立，主纜數(shù)據(jù)存儲表，A相接地電纜數(shù)據(jù)存儲表，B相接地電纜數(shù)據(jù)存儲表，C相接地電纜數(shù)據(jù)存儲表，N相接地電纜數(shù)據(jù)存儲表，等表格和與之相對應的報警數(shù)據(jù)表，在設備讀取數(shù)據(jù)并與報警預設值進行對比，沒有達到報警值時，將數(shù)據(jù)分別存入個表中。當Qt使用的數(shù)據(jù)庫是SQLite，databasemanage是在SQL中定義的類，其中使用了許多接口函數(shù)。對數(shù)據(jù)庫進行操作時首先就是用接口函數(shù)open來打開數(shù)據(jù)庫并檢測是否打開成功，成功或失敗都會在調(diào)試信息欄上顯示，然后用initTables函數(shù)把數(shù)據(jù)庫中建好的表格初始化。使用readCableMonitorTable讀取數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)時，也會用if語句來判斷數(shù)據(jù)庫是否用接口函數(shù)open打開，只有確定成功打開了，才會進行下一步的讀取操作。存入數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測數(shù)據(jù)都有相應的設備編號與之對應，這樣用戶才能知道讀取的監(jiān)測值對應的是哪臺設備，并且根據(jù)設備信息快速確定監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集地點。數(shù)據(jù)庫對設備編號的操作如表4-5所示。Prepare和addBindValue是ODBC編譯方式中的接口函數(shù)。Prepare用來創(chuàng)建SQL語句，addBindValue用來插入值。sqlite先在計算機上創(chuàng)建sqlite環(huán)境，在運行中輸入如下圖4-2創(chuàng)建sqlite環(huán)境如圖4-3所示就是數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建成功，可輸入指令查看數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫中表。圖4-3數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建使用圖4-4所輸入的指令可以顯示數(shù)據(jù)庫已經(jīng)存在的表。圖4-4顯示數(shù)據(jù)表因為數(shù)據(jù)所需要存儲的軟件過多，所以在sqlite數(shù)據(jù)庫中建表時，也可以使用可視化工具進行數(shù)據(jù)表的建立。例如在SQLiteExoertprofessional軟件中可以可視化的創(chuàng)建表。mysql數(shù)據(jù)庫驅(qū)動編譯對于數(shù)據(jù)庫連接的操作來說，sqlite數(shù)據(jù)庫和mysql數(shù)據(jù)庫的差距不大，但是在Qt4中，mysql數(shù)據(jù)庫需要編譯驅(qū)動以連接Qt。QT4.8.6（32位）連接mysql5.5（32位）安裝mysql：打開mysql安裝文件mysql-essential-5.5.22-win32.msi，雙擊運行，出現(xiàn)如下界面圖4-5初始安裝界面圖4-6選擇安裝屬性由上圖所示選擇custom選項進行安裝圖4-7選擇安裝位置圖4-8安裝設置選擇此選項；后面一直按next進行安裝，不需要變動，記得將這里的路徑改為C：\MySQL\.安裝結(jié)束后會彈出設置窗口，接下來進行mysql設置。圖4-9mysql端口設置如圖4-9所示，到這一步設置端口號，建議改為3376。圖4-10語言兼容設置如圖4-10所示這里記得選擇第三項，characterset選項選擇utf8。圖4-11開發(fā)環(huán)境選項如圖4-11所示這里勾選環(huán)境變量，之后一直點擊下一步最后點擊execute安裝即可。Mysql數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建使用：圖4-12命令符窗口在這里輸入mysql-uroot-p之后輸入密碼進入mysql。圖4-13mysql操作頁面在上圖中輸入showdatabases；查詢數(shù)據(jù)庫，輸入createdatabasemydata；創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫圖4-14數(shù)據(jù)庫顯示表明創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫成功，之后進行驅(qū)動編譯：打開C:\Qt\4.8.6\src\plugins\sqldrivers\mysql中的在其中加入INCLUDEPATH+=C:/MySQL/include/LIBS+=-LC:/MySQL/lib/-llibmysql分別進行releasedebug操作，將生成的debug和release文件中的libqsqlmysql4.a，libqsqlmysqld4.a，qsqlmysql4.dll，qsqlmysqld4.dll復制到C:\Qt\4.8.6\plugins\sqldrivers中打開qt新建控制臺應用修改pro文件，在main.cpp中修改文件如下QCoreApplicationa(argc,argv);//輸出可用數(shù)據(jù)庫qDebug()<<"Availabledrivers:";QStringListdrivers=QSqlDatabase::drivers();foreach(QStringdriver,drivers)qDebug()<<driver;//打開MYSQLQSqlDatabasedb=QSqlDatabase::addDatabase("QMYSQL");db.setHostName("localhost");db.setPort(3376);//安裝自己設定的端口號進行修改db.setDatabaseName("mydata");//數(shù)據(jù)庫名db.setUserName("root");//用戶名db.setPassword("123");//密碼修改main.cpp中函數(shù)，可以對mysql數(shù)據(jù)庫進行連接，設置數(shù)據(jù)庫名，數(shù)據(jù)庫密碼等，并可以利用下述的建表語句對數(shù)據(jù)庫進行建表存儲，插入語句query.exec("createtablestudent(idintprimarykey,namevarchar(20))");query.exec("insertintostudentvalues(1,'xiaogang')");query.exec("insertintostudentvalues(2,'xiaogang')");query.exec("insertintostudentvalues(3,'xiaogang')");query.exec("selectid,namefromstudentwhereid>=2");修改成功后點擊編譯會出現(xiàn)程序驅(qū)動為編譯，將C:\MySQL\lib中的libmysql.dll復制入C:\Qt\4.8.6\bin中，后點擊編譯圖4-15編譯成功顯示頁面出現(xiàn)如上情況顯示數(shù)據(jù)庫打開，編譯驅(qū)動成功，mysql數(shù)據(jù)庫可以與Qt4成功進行連接使用。mysql數(shù)據(jù)庫建立后需要建立的數(shù)據(jù)表設備數(shù)據(jù)表：設備ID數(shù)據(jù)、設備IP數(shù)據(jù)、設備線路數(shù)據(jù)接地電流數(shù)據(jù)表：設備ID數(shù)據(jù)、采集時間數(shù)據(jù)、主纜電流數(shù)據(jù)、A相電流數(shù)據(jù)、B相電流數(shù)據(jù)、C相電流數(shù)據(jù)、N相電流數(shù)據(jù)接頭溫度數(shù)據(jù)表：設備ID數(shù)據(jù)、采集時間數(shù)據(jù)、主纜溫度數(shù)據(jù)、A相溫度數(shù)據(jù)、B相溫度數(shù)據(jù)、C相溫度數(shù)據(jù)、N相溫度數(shù)據(jù)接地電流報警表：設備ID數(shù)據(jù)、采集時間數(shù)據(jù)、主纜電流報警數(shù)據(jù)、A相電流報警數(shù)據(jù)、B相電流報警數(shù)據(jù)、C相電流報警數(shù)據(jù)、N相電流報警數(shù)據(jù)接頭溫度報警數(shù)據(jù)表：設備ID數(shù)據(jù)、采集時間數(shù)據(jù)、主纜溫度報警數(shù)據(jù)、A相溫度報警數(shù)據(jù)、B相溫度報警數(shù)據(jù)、C相溫度報警數(shù)據(jù)、N相溫度報警數(shù)據(jù)。軟件通信整體流程圖圖4-16軟件整體流程圖上位機監(jiān)測軟件整體界面設計與數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)流概述數(shù)據(jù)流介紹：數(shù)據(jù)流像是由數(shù)據(jù)組成的一條河流，如果不在源頭你只能看見它的流向，卻無法判斷它的來源和去處，這個類比有些不恰當，但是也側(cè)面反應出了一些數(shù)據(jù)流的特點，河流的中端就像輸入流一樣，只能讀出它的去處，而無法改變，輸出流就像河流的源頭，你能改變它的流向，卻無法得知他的流向，根據(jù)這個特性，應用程序一般從中端讀出數(shù)據(jù)，從源頭寫入數(shù)據(jù)，這樣就可以實現(xiàn)操控數(shù)據(jù)流。而當我們需要將河流的流速跟流量都提高時，流速流量也就是類比數(shù)據(jù)的傳輸效率，我們可以在河流上建一座大壩，源頭流下來的水量保存，當趨于峰值時，開大壩，這樣河流的流速跟水量都會遠遠大于之前，所以為了加速數(shù)據(jù)傳輸效率，就可以為數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個緩沖區(qū)，緩沖區(qū)可以將數(shù)據(jù)暫時保存，當存儲值足夠時，將數(shù)據(jù)全部發(fā)送至對應的設備端，這樣就跟水壩放水一樣，大大的提高流量和流速。當一次性放完流量之后，緩沖區(qū)變會開始下一輪的積蓄，每一次使用都會十分高效數(shù)據(jù)幀與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)的關鍵部分，也是開發(fā)人員面試經(jīng)常遇到的問題，它們通常以專用的格式進行數(shù)據(jù)組織和存儲，所以我們首先要明確數(shù)據(jù)接收和處理數(shù)據(jù)時采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：電流%.2fA：表示輸出float型，并保存兩位小數(shù)相位%.2f：表示輸出float型，并保存兩位小數(shù)溫度%.2f℃：表示輸出float型，并保存兩位小數(shù)濕度%7.2f%%RH：表示輸出七位float型，并保存兩位小數(shù)電流%.2fV：表示輸出float型，并保存兩位小數(shù)在本系統(tǒng)中我們所需要監(jiān)測和存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如上，根據(jù)數(shù)據(jù)流一步一步的確定和儲存。源碼中electriccablemetadata.cpp的是專門對接收的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)標定的代碼：AAAA5555E40081C0380411400000000001000000401104381000000083001D0B6D63B3223D32F5F73CC3E1883BDA4A8A3BF4FDE5B80AAB0000000000000AAB0AAB0000000000000AAB0AAB0000000000000AAB0AAB00000000000000010101010101010000000D0A0000000040110438010000008300000000000000000000000000000000000000000AAB0AAB00000000000000000000000000000AAB0AAB00000000000000000000000000000AAB0AAB0D0A0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000CCA950DBA55AA55A這就是上文所說的應用層向TCP層傳輸?shù)?位字節(jié)數(shù)據(jù)流，并通過協(xié)議解析成了相應長度的報文。comthread.cpp中規(guī)定若從TCP通信中接收的報文長度不是228字節(jié)則丟棄，若接收報文長度少于228，則繼續(xù)接收.數(shù)據(jù)報警在上述數(shù)據(jù)庫流程圖中我們提到了數(shù)據(jù)報警的功能，這也是本文監(jiān)測軟件的一個核心功能，在源代碼中我們可以根據(jù)高壓電纜所需的報警值，對接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)值進行上位機監(jiān)控，防止因為人為的疏忽導致電纜問題未被發(fā)現(xiàn)。在我們的源代碼中的原始設定如下：在CableDataWidget.cpp代碼中編入了數(shù)據(jù)接收后對數(shù)據(jù)大小與預設的報警數(shù)據(jù)進行對比的程序：1、報警值和CT變比初始化2、默認電流報警值100A3、默認溫度報警值70℃4、默認CT變比100：1初始預設值如上，并可以在源代碼CableDataWidget.cpp中對預設報警值進行修改。接收數(shù)據(jù)值同時存入接地電流表，接地電流報警表，接頭溫度表，接頭溫度報警表，達到報警值時，上位機軟件將會給出警示。軟件界面整體設計UI布局設計為了方便維修人員的使用，UI界面的設計的最大需求便是簡潔明了，功能模塊與操作方式的提示信息充足，讓使用人員短期內(nèi)就能夠熟練的使用，所以UI設計也就是對人機交互模塊進行設計。下圖5-1所示，便是軟件簡易的UI框架菜單欄設備列表表格曲線報警參數(shù)主顯示界面調(diào)試信息顯示圖5-1UI界面簡化圖在這個UI界面中，主顯示界面主要用來顯示各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測值，曲線頁面可以顯示一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，本文采用折線圖的方法顯示，折線圖可以更加直觀的反應數(shù)據(jù)變化情況，參數(shù)頁面顯示的是目前的設備參數(shù)，因為不同的設備需要不同的數(shù)據(jù)庫對其進行存儲，所以不同設備采用的Id和IP都是不同的，報警頁面顯示的是當前報警值，可以根據(jù)外界環(huán)境情況或是電纜型號的改變，對預設報警值進行修改，調(diào)試信息顯示頁面，顯示的是數(shù)據(jù)庫連接情況和設備注冊情況，我們可以根據(jù)這里的信息對軟件是否正確啟動進行判斷。菜單欄中則是一些其余的功能欄，包括數(shù)據(jù)通信方式的選擇與連接，歷史數(shù)據(jù)界面的顯示，在實際軟件演示的講解中，本文會進一步詳述。各子模塊的實現(xiàn)與QTread的作用在整個的軟件設計中，肯定不止使用了一個模塊，我們利用Qt4的開發(fā)框架，開發(fā)出子模塊來對主程序軟件進行豐富，本文設計軟件主要開發(fā)了三個子模塊，分別是設備管理子模塊，日志子模塊，數(shù)據(jù)展示子模塊。設備管理子模塊的設計與實現(xiàn)：不同下位機采集設備擁有不同且固定的ID與IP所以當我需要與之連接通信時，需要通過設備管理模塊對設備進行注冊，這樣方便于定位不同的設備，設備注冊后會出現(xiàn)在設備注冊列表上，表面設備注冊成功，而當不同設備進行數(shù)據(jù)傳輸時，為了避免數(shù)據(jù)傳輸紊亂，需要采用多線程傳輸，而Qt中正好擁有一個多線程的類QTread，它可以把多線的數(shù)據(jù)流定義為一個工作線程。設備管理模塊的大致步驟如下：圖5-2設備管理流程日志子模塊設計與實現(xiàn)：日志模塊，顧名思義，是一個可以將軟件的操作數(shù)據(jù)記錄的模塊，對于軟件的維護工作起到了很大的作用，日志主要記載用戶的登入退出時間、系統(tǒng)的關鍵性操作、系統(tǒng)運行時出現(xiàn)的異常情況、關鍵件方法的記載。日志模塊依靠Qt中的控件實現(xiàn)，而用戶關注點最高的日志模塊顯示便是調(diào)試信息顯示，當日志記載過多時，我們可能需要進行顯示區(qū)域拉伸，下述控件便是對該區(qū)域進行拉伸時所使用的控件。Fixed：就是所使用控件的大小，無法改變Minimum：此控件大小代表可以使用的最小尺寸Maximum：此控件大小代表可以使用的最大尺寸Expandint：控件的尺寸可以自由的放大縮小所以根據(jù)所需，我們可以采用Expandint控件對日志模塊進行實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示子模塊的設計與實現(xiàn)：上述所說，我們將數(shù)據(jù)變換可以用折線圖的形式顯示出來，這就是數(shù)據(jù)展示子模塊的功能所在，軟件獲取數(shù)據(jù)的方式有兩種，一種是依靠點擊實時獲取，另一種的根據(jù)設定的時間間隔自動獲取，本文根據(jù)獲取數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)所需要展示的特點不同，該模塊可以變換所需的數(shù)據(jù)展示方式，例如本軟件監(jiān)測數(shù)據(jù)所需要側(cè)重的變換情況，便可以使用折線圖對數(shù)據(jù)進行展示，在Qt中繪制折線圖等進行數(shù)據(jù)展示時需要加載一個QWT繪圖插件，這個插件可以彌補Qt對于繪圖方面的許多不足之處。高壓電纜上位機監(jiān)測軟件的實際測試為了對整個軟件進行最終的修改與完善，需要對軟件進行一次系統(tǒng)的測試，我們的軟件采用的測試環(huán)境為windows7x64位操作系統(tǒng)，內(nèi)存大小為4Gb，處理器為市面主流的i5處理器，硬盤是256GB金士頓固態(tài)硬盤，所使用的軟件框架為Qt4.8.6，源代碼所使用的語言為C++，數(shù)據(jù)庫的使用為sqlite數(shù)據(jù)庫，因為sqlite方便使用，且符合測試所需。源程序運行測試第一項測試內(nèi)容就是源代碼的編譯，編譯過程中